Ковалёв Н.И., Лямцева И.В.

Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности (СНУЯЭиП)

Технология дистанционного поиска и оконтуривания границ потоков подземных вод с использованием дистанционного геоголографического комплекса «Поиск»

Группой ученых СНУЯЭиП и НПП «Пирамис» была разработана и изготовлена резонансная аппаратура для дистанционного зондирования недр Земли до глубин 5 км., позволяющая обнаруживать и оконтуривать полезные ископаемые, подземные питьевые и геотермальные воды. Технология дистанционного поиска и оконтуривания границ потоков подземных вод заключается в поэтапном выполнении с помощью дистанционного комплекса «Поиск» и резонансной диагностической аппаратуры глубинного зондирования земли, а также регистрации в полевых условиях резонансных характерных частот электромагнитного поля над участками с подземными водами, и радиационно-химического способа обработки космических фотоснимков района поиска для визуализации на них границ контуров подземных пресных вод. Последовательность поиска, идентификации и оценки объемов запасов подземных вод:

I этап – прогнозно-оценочные работы, идентификация пресных вод и оконтуривание участков подземных вод в районах обследования по результатам расшифровки космических фотоснимков, обработанных в радиационных полях на ИР-100;

II этап – калибровка аппаратуры на известных скважинах пресных вод, аппаратурное обследование участков подземных вод в полевых условиях, выявление участков с промышленными объемами подземных вод, первичная оценка их прогнозных запасов путем расчета по построенным профильным глубинным разрезам полезных горизонтов подземных вод. Оценка целесообразности разработки обнаруженных вод определенной солености. Выбор точек под бурение скважин с максимально возможным дебитом.

Методика выполнения работ учитывает технические возможности геоголографического комплекса «Поиск», предусматривает порядок проведения измерений геофизических характеристик, позволяющих оконтуривать границы подземных потоков вод, определять глубины нахождения полезных горизонтов и строить глубинные профили горизонтов (в период полевых работ). Перед началом работ предусматривается проверка работоспособности комплекса на реальных образцах проб питьевых вод различной солености по надежной дистанционной идентификации их с расстояния от 30м до 300м. После получения положительных результатов предусматривается проверка и калибровка аппаратуры для дистанционного избирательного определения и идентификации подземных вод и глубин их залегания на действующих скважинах, расположенных вблизи районов поиска.

При дистанционном способе поиска пресных вод с помощью высокочастотной резонансной аппаратуры производится распознавание резонансных поисковых признаков пресных вод по информационно-энергетическим спектрам и спектрам ЯМР атомов металлов солей в воде с помощью измерительного канала комплекса и последовательного сравнения их с резонансными спектрами «тестовых» голографических матриц, записанных с «контрольных» образцов пресных вод (конкретной концентрации солей).

Для резонансного возбуждения атомов солей в воде используются резонансные частотные спектры атомов Na⁺, K⁺, Fe⁺⁺, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺ (возмущение мягкого электромагнитного поля над потоком вод) и СВЧ – генераторы с узконаправленной антенной. Частоты генератора должны соответствовать спектральным характеристикам конкретного образца пробы пресной воды. Направление антенны определяется пеленгом и углом наклона в землю и отсчитывается по шкале теодолита. Если узконаправленную антенну направить в землю под углом 180⁰ вниз и передвигаться по обследуемому участку, то при попадании резонансного сверхвысокочастотного сигнала в край потока воды произойдет резонансное возмущение атомов металлов во всем потоке, которое вызовет аномалию в магнитном поле над участком. Эта аномалия фиксируется чувствительным прибором – приемником и будет означать начало границы контура потока подземных вод. Передвигаясь вдоль границы контура потока и записывая координаты местонахождения СВЧ - генератора с помощью приемника GPS, проводится оконтуривание границ потока вод на поверхности земли и перенос его на рабочую карту. Данный процесс легко автоматизируется с помощью компьютерной специализированной программы. Дистанционное определение глубин залегания верхнего и нижнего горизонтов подземных вод проводится путем геометрического построения в полевых условиях узконаправленным СВЧ - лучом прямоугольного треугольника с известным катетом, равным расстоянию от краев контура (ближнего и дальнего) потока вод до точки установки генератора. Угол наклона в землю узконаправленной антенны отсчитывается по угломеру и регистрируется в момент срабатывания световой и звуковой сигнализации (появление резонансной электромагнитной аномалии). Глубина залегания вод будут определяться путем вычисления вторых катетов по известным величинам первых (ближнего и дальнего) и измеренным соответствующих углов наклона антенны. По глубинам залегания верхнего и нижнего горизонтов водяного потока при многократном проведении измерений вдоль и поперек границ его контура строятся глубинные профили потока вод. При дополнительных измерениях, по выбранной прямой, проходящей поперек потока воды, уточняется профиль и строится масштабный глубинный формат потока вод. С помощью ЭВМ рассчитывается прогнозный объем запасов вод. Ошибки в расчете ожидаемых объемов вод могут достигать до 30÷35%, но могут уточняться за счет увеличения общего количества точек измерений при построении профиля и уменьшения расстояний между точками. Однако это увеличивает сроки выполнения и стоимость работ. Величина напора в горизонтах подземных вод определяется методом последовательного подбора резонансных тестов образцов проб воды (100мл), запаянных в герметичные сосуды при различных давлениях (от 1,0 до 50 кг/см²). Регистрация и передача результатов поиска, а также записей координат точек оконтуривания участков подземных потоков вод приемником GPS при полевых работах может осуществляться в автоматическом режиме. При этом передача данных идет через спутниковую автоматизированную систему связи MyPal А-639 и приемник GPS, согласованных с программами карманного компьютера или ноутбука.

Выводы. С помощью аппаратуры дистанционного геоголографического комплекса «Поиск» успешно выполнены работы по поиску подземных питьевых вод в ОАЭ (2006г), Мавритании (2005г), США (2004г), Украине (Крым, 2000¸2005гг), Монголии (2008г). Пробурено более 100 скважин с питьевыми и геотермальными водами. Успешность проведенных работ составила 98%. Ее универсальность позволяет адаптировать аппаратуру для решения широкого спектра поисковых задач и экологического мониторинга. Представленный способ поиска и аппаратура также используются для поиска полезных ископаемых, затопленных объектов, представляющих техногенную опасность.

Литература:

1. А.Н. Мурин. Физические основы радиохимии. Ядерно-магнитный резонанс, гл. 6, М, 1986 г.

2. В.П. Майков, В.А. Иванов, М.П. Ташлык – «Явление увеличения считаемого количества информации, содержащиеся в фотографическом изображении физического объекта». Заявка на научное открытие от 11.10.02 г. № А183. (Международная ассоциация авторов научных открытий).

3. Белявский Г.А., Ковалев Н.И., Гох В.А.. Новое в дистанционной технологии экологического мониторинга подземных и подводных объектов, а также поиске полезных ископаемых, ж-л «Экология и ресурсы», вып. № 9, г. Киев, 2004 г. стр. 108-114.

4. А.М. Акимов, Н.И. Ковалев В.А. Гох, «Способ разведки полезных ископаемых», патент РФ № 227-2305 от 20.03.06 г.

5. Гох В.А. «Способ геогидродиагностики», патент Украины №13408А, G.01.V.9/02 от 16.12.96г.